CN203603799U - 铝合金钻杆杆体和钢接头连接使用的冷组装装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铝合金钻杆杆体和钢接头连接使用的冷组装装置，是由杆体夹持机构、铝合金钻杆体内冷却机构、给进机构、钢接头回转机构、参数检测机构以及实验台架组成，本实用新型采用冷组装装置进行铝合金钻杆杆体与钢接头的组装。冷组装时，先把铝合金钻杆杆体冷却到一定温度使其收缩，随后拧入钢接头，待恢复室温后螺纹连接处可获得一定的预紧力，达到铝合金钻杆传递扭矩和承受载荷的要求。本实用新型可在同一实验台架上，仅通过更换不同直径的钻杆杆体和接头，来实现其冷组装，提高连接强度和可靠性。

Description

铝合金钻杆杆体和钢接头连接使用的冷组装装置

技术领域

本实用新型涉及一种铝合金钻杆杆体和钢接头连接使用的冷组装装置。

背景技术

在地质勘探、石油天然气、煤炭、金属矿山等勘查开发的钻探过程中，都需要用到钻杆。随着钻探深度的增加，难度也在增大，对钻杆的质量要求更高。铝合金钻杆具有密度小、比强度高、耐腐蚀性强等优点，随着钻探深度的增加其优势更为明显，但其耐磨性较低，而在钻井操作中，接头需要经常地拧卸，因此在实际使用时，一般将铝合金钻杆管体与钢接头组装在一起形成钻杆柱，由钢接头来承受拧卸操作。由于铝合金与钢在弹性模量、热膨胀系数、延伸率、屈服强度等方面的差异，经常出现连接不可靠的情况。钻杆杆体和接头的连接也一直是钻杆的薄弱环节。

一般采用将铝合金钻杆杆体施加一定的扭矩与钢接头组装的方法，该方法尽管应用较广，但却有其不足之处，如当铝合金钻杆和钢接头沿螺纹同时相对移动时，当达到较高的接触压力时仍不能完全避免局部的铝合金与钢紧扣。当这样扣紧的地方很多时，组装过程中螺纹连接可能被卡住，在以后的使用过程中这样的接头会损坏。

发明内容

本实用新型的目的的提供一种铝合金钻杆杆体和钢接头连接使用的冷组装装置。本实用新型采用冷组装装置进行铝合金钻杆杆体与钢接头的组装。冷组装时，先把铝合金钻杆杆体冷却到一定温度使其收缩，随后拧入钢接头，待恢复室温后螺纹连接处可获得一定的预紧力，达到铝合金钻杆传递扭矩和承受载荷的要求。

本实用新型是由杆体夹持机构、铝合金钻杆体内冷却机构、给进机构、钢接头回转机构、参数检测机构以及实验台架组成，

所述杆体夹持机构通过固定底板固定在实验台架上，通过杆体夹持器上的三个夹持螺钉来夹持铝合金钻杆杆体，三个夹持螺钉布置在同一平面，等角度排布，半圆夹持器通过拧紧紧固螺栓来抱紧夹持器，半圆夹持器下面通过螺栓连接在固定底板上，并可通过调整螺栓来调整铝合金钻杆杆体的高度，使铝合金钻杆杆体与钢接头在同一平面；

所述铝合金钻杆体内冷却机构的液氮罐放置在地面上，液氮罐通过调节阀与进液管连接形成冷却液通道，进液管连接双壁冷却管，双壁冷却管与铝合金钻杆杆体内的冷却腔连通，冷却腔为铝合金钻杆杆体的螺纹区，液氮从双壁冷却管的液氮喷射孔喷出，喷在铝合金钻杆杆体螺纹区内壁上，对铝合金钻杆杆体进行冷却，液氮汽化，使铝合金钻杆杆体降温，汽化后的氮气通过双壁冷却管外壁上的氮气排出孔进入氮气排放通道，至排气管排出，冷却腔通过耐低温橡胶垫来保证密封性；铝合金钻杆杆体的螺纹区设置温度传感器埋置孔，于不同深度埋置温度传感器，通过参数检测机构实时检测杆体冷却温度，根据检测温度来调整调节阀的开度；

所述给进机构的手轮通过螺纹连接在丝杠上，丝杠另一端通过丝杠固定板固定在实验台架上，丝杠上连接有开合螺母，开合螺母上边与滑动支架连接，滑块固定在滑动支架的下面，滑块与导轨相连，可通过导轨做直线运动，导轨固定在实验台架上；

所述钢接头回转机构固定在滑动支架上，电机通过固定板安装在滑动支架上，电机的输出轴链轮安装在电机输出轴上，链条绕设在输出轴链轮和传动轴链轮上，传动轴链轮连接传动轴，通过轴承座固定在位于滑动支架的固定板上，传动轴连接扭矩传感器，再连接滑环固定管，滑环固定管另一端连接变径接头，并通过轴承座安装在位于滑动支架的安装板上，滑环安装在滑环固定管上，变径接头一端连接滑环固定管，另一端连接钢接头，钢接头下面设置有滚动支架，滚动支架连接在滑动支架上，滚动支架可随钢接头转动，起导正作用，使钢接头保证平行度。

所述参数检测机构的无纸记录仪放置在实验台架上的固定底板上，参数检测机构通过传感器把加热过程中的加热温度，钢接头温度，铝合金钻杆杆体温度，冷却液流量，上扣转速，上扣扭矩这些关键参数采集到无纸记录仪中，实时检测，钢接头及铝合金钻杆杆体上布置有温度传感器。

本实用新型的工作过程是：

杆体夹持机构可调整铝合金钻杆杆体的中心高度，使其与钢接头在同一平面，并固定铝合金钻杆杆体；铝合金杆体内冷却机构以液氮为冷源，通过双壁冷却管到达冷却区域，即钻杆杆体螺纹部位，通过液氮喷射孔以一定流量喷向杆体螺纹区内壁，液氮汽化，冷却铝合金杆体内部，使其温度降低，汽化后的氮气通过双壁冷却管外壁上的氮气排出孔进入氮气排放通道，至排气管排出；给进机构在铝合金钻杆杆体冷却到设定温度后，带动钢接头向铝合金钻杆杆体方向前进，钢接头前端面与杆体端面接触，螺纹啮合；钢接头回转机构在钢接头和铝合金钻杆杆体接触后，使钢接头回转，沿着螺纹旋入钻杆杆体，达到配合端面，形成可靠连接；而参数检测机构可以通过传感器把整个过程中的杆体冷却温度，冷却液流量，钢接头温度，上扣转速，上扣扭矩这些关键参数采集到记录仪中，实时检测；本实用新型可在同一实验平台上，通过更换不同直径的钢接头和铝合金钻杆杆体进行冷组装，从而实现不同直径范围的钻杆和接头组装的目的。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用冷组装装置进行铝合金钻杆杆体与钢接头的组装。冷组装时，先把铝合金钻杆杆体冷却到一定温度使其收缩，随后拧入钢接头，待恢复室温后螺纹连接处可获得一定的预紧力，达到铝合金钻杆传递扭矩和承受载荷的要求。

2、本实用新型可在同一实验台架上，仅通过更换不同直径的钻杆杆体和接头，来实现其冷组装，提高连接强度和可靠性。

3、本实用新型同样可以应用于其他材质的钻杆杆体和接头的冷组装。

附图说明

图1是本实用新型的主视图。

图2是本实用新型的俯视图。

图3是本实用新型的左视图。

图4是本实用新型的立体示意图。

图中：1—杆体夹持机构，11—铝合金钻杆杆体，12—夹持螺钉，13—杆体夹持器，14—半圆型夹持器，15—紧固螺栓，16—固定底板；2—铝合金钻杆杆体冷却机构，21—液氮罐，22—调节阀，23—进液管，24—排气管，25—双壁冷却管，26—耐低温橡胶垫，27—温度传感器埋置孔，3—给进机构，31—手轮，32—丝杠，33—开合螺母，34—滑动支架，35—丝杠固定板，36—滑块，37—导轨，4—钢接头回转机构，41—电机，42—输出轴链轮，43—链条，44—传动轴链轮，45—轴承座，46—传动轴，47—扭矩传感器，48—滑环固定管，49—滑环，410—变径接头，411—滚动支架，412—钢接头，413—温度传感器埋置孔，5—参数检测机构，51—无纸记录仪，6—实验台架。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3和图4所示，本实用新型是由杆体夹持机构1、铝合金钻杆体内冷却机构2、给进机构3、钢接头回转机构4、参数检测机构5以及实验台架6组成，

所述杆体夹持机构1通过固定底板16固定在实验台架上，通过杆体夹持器13上的三个夹持螺钉12来夹持铝合金钻杆杆体11，三个夹持螺钉布置在同一平面，等角度排布，半圆夹持器14通过拧紧紧固螺栓15来抱紧夹持器13，半圆夹持器14下面通过螺栓连接在固定底板16上，并可通过调整螺栓来调整铝合金钻杆杆体11的高度，使铝合金钻杆杆体11与钢接头412在同一平面；

所述铝合金钻杆体内冷却机构2的液氮罐21放置在地面上，液氮罐21通过调节阀22与进液管23连接形成冷却液通道，进液管23连接双壁冷却管25，双壁冷却管25与铝合金钻杆杆体11内的冷却腔连通，冷却腔为铝合金钻杆杆体11的螺纹区，液氮从双壁冷却管25的液氮喷射孔喷出，喷在铝合金钻杆杆体11螺纹区内壁上，对铝合金钻杆杆体11进行冷却，液氮汽化，使铝合金钻杆杆体11降温，汽化后的氮气通过双壁冷却管25外壁上的氮气排出孔进入氮气排放通道，至排气管24排出，冷却腔通过耐低温橡胶垫26来保证密封性；铝合金钻杆杆体11的螺纹区设置温度传感器埋置孔27，于不同深度埋置温度传感器，通过参数检测机构5实时检测杆体冷却温度，根据检测温度来调整调节阀22的开度；

所述给进机构3的手轮31通过螺纹连接在丝杠32上，丝杠32另一端通过丝杠固定板35固定在实验台架6上，丝杠32上连接有开合螺母33，开合螺母33上边与滑动支架34连接，滑块36固定在滑动支架34的下面，滑块36与导轨37相连，可通过导轨37做直线运动，导轨37固定在实验台架6上；

所述钢接头回转机构4固定在滑动支架34上，电机41通过固定板安装在滑动支架34上，电机41的输出轴链轮42安装在电机41输出轴上，链条43绕设在输出轴链轮42和传动轴链轮44上，传动轴链轮44连接传动轴46，通过轴承座45固定在位于滑动支架34的固定板上，传动轴46连接扭矩传感器47，再连接滑环固定管48，滑环固定管48另一端连接变径接头410，并通过轴承座安装在位于滑动支架24的安装板上，滑环49安装在滑环固定管48上，变径接头410一端连接滑环固定管48，另一端连接钢接头412，钢接头412下面设置有滚动支架411，滚动支架411连接在滑动支架24上，滚动支架411可随钢接头412转动，起导正作用，使钢接头412保证平行度。

所述参数检测机构5的无纸记录仪51放置在实验台架6上的固定底板16上，参数检测机构5通过传感器把加热过程中的加热温度，钢接头温度，铝合金钻杆杆体11温度，冷却液流量，上扣转速，上扣扭矩这些关键参数采集到无纸记录仪51中，实时检测，钢接头412及铝合金钻杆杆体11上布置有温度传感器。

本实用新型的工作过程是：

杆体夹持机构1通过拧紧杆体夹持器13上的夹持螺钉12，使夹持螺钉12固定铝合金钻杆杆体11，采用三个螺钉固定，可靠牢固，将杆体夹持器13放入半圆夹持器14，并拧紧紧固螺栓15，使半圆夹持器14抱紧杆体夹持器13，半圆夹持器14通过螺栓连接在固定底板16上，可通过调整螺栓来调整铝合金钻杆杆体11的高度，使其与钢接头412在同一平面，并通过固定底板16固定在实验台架6上；

铝合金杆体内冷却机构2的冷源为液氮罐21，通过调节阀22连接进液管23形成冷却液通道，通过双壁冷却管25进入冷却腔，即铝合金钻杆杆体11的螺纹区，通过液氮喷射孔以一定的流量和压力喷出，喷在铝合金钻杆杆体11螺纹区内壁上，对钻杆杆体进行冷却，液氮汽化，使杆体降温，汽化后的氮气通过双壁冷却管25外壁上的氮气排出孔进入氮气排放通道，至排气管24排出，冷却腔通过一定厚度的耐低温橡胶垫26来保证密封性；在钻杆杆体螺纹区设置温度传感器埋置孔27，于不同深度埋置温度传感器，通过参数检测模块5实时检测杆体冷却温度，根据检测温度来调整调节阀22的开度；

铝合金钻杆杆体11冷却到设定温度后，给进机构3启动，转动手轮31，带动丝杠32旋转，通过开合螺母33带动滑动支架34通过滑块36沿着导轨37做直线运动，向铝合金钻杆杆体11方向前进，钢接头412连接在回转机构4上，钢接头回转机构4固定在滑动支架34，滑动支架34向前运动即钢接头421向前运动，至钢接头412前端面与铝合金钻杆杆体11端面接触，螺纹啮合；开合螺母33可在需要传动时闭合，此时丝杠32可通过开合螺母33将运动传递至滑动支架34，不需要传动时将其打开，此时丝杠32的运动不会传递到滑动支架34上；丝杠32通过丝杠固定板35固定在实验台架6上，连接简单方便；

钢接头回转机构4在钢接头412和铝合金杆体11接触后，电机41通过输出轴链轮42，使用链条43将回转运动传递至传动轴链轮44，通过轴承座45，传动轴46，使用变径接头410连接钢接头412，使其回转，沿着螺纹旋入铝合金钻杆杆体11，达到配合端面，中间另安装有扭矩传感器47，用于检测上扣扭矩，以及滑环49，使得钢接头412上面的温度传感器在钢接头412回转的时候可以将信号线传出，而不会被缠绕，滑环49安装在滑环固定管48上，滑环固定管48一边连接钢接头412，另一边连接扭矩传感器27；钢接头412下面放置有滚动支架411，可跟随钢接头412转动，起到扶正作用，使钢接头保持平行度，利于组装；

参数检测机构5可以通过连接传感器把整个过程中的杆体冷却温度，冷却液流量，钢接头温度，上扣转速，上扣扭矩这些关键参数采集到无纸记录仪51中，实时检测。整个机构均安装在实验台架6上，布局紧凑，占用空间小。

Claims (1)

1.一种铝合金钻杆杆体和钢接头连接使用的冷组装装置，其特征在于：是由杆体夹持机构（1）、铝合金钻杆体内冷却机构（2）、给进机构（3）、钢接头回转机构（4）、参数检测机构（5）以及实验台架（6）组成，

所述杆体夹持机构（1）通过固定底板（16）固定在实验台架上，通过杆体夹持器（13）上的三个夹持螺钉（12）来夹持铝合金钻杆杆体（11），三个夹持螺钉布置在同一平面，等角度排布，半圆夹持器（14）通过拧紧紧固螺栓（15）来抱紧夹持器（13），半圆夹持器（14）下面通过螺栓连接在固定底板（16）上，并可通过调整螺栓来调整铝合金钻杆杆体（11）的高度，使铝合金钻杆杆体（11）与钢接头（412）在同一平面；

所述铝合金钻杆体内冷却机构（2）的液氮罐（21）放置在地面上，液氮罐（21）通过调节阀（22）与进液管（23）连接形成冷却液通道，进液管（23）连接双壁冷却管（25），双壁冷却管（25）与铝合金钻杆杆体（11）内的冷却腔连通，冷却腔为铝合金钻杆杆体（11）的螺纹区，液氮从双壁冷却管（25）的液氮喷射孔喷出，喷在铝合金钻杆杆体（11）螺纹区内壁上，对铝合金钻杆杆体（11）进行冷却，液氮汽化，使铝合金钻杆杆体（11）降温，汽化后的氮气通过双壁冷却管（25）外壁上的氮气排出孔进入氮气排放通道，至排气管（24）排出，冷却腔通过耐低温橡胶垫（26）来保证密封性；铝合金钻杆杆体（11）的螺纹区设置温度传感器埋置孔（27），于不同深度埋置温度传感器，通过参数检测机构（5）实时检测杆体冷却温度，根据检测温度来调整调节阀（22）的开度；

所述给进机构（3）的手轮（31）通过螺纹连接在丝杠（32）上，丝杠（32）另一端通过丝杠固定板（35）固定在实验台架（6）上，丝杠（32）上连接有开合螺母（33），开合螺母（33）上边与滑动支架（34）连接，滑块（36）固定在滑动支架（34）的下面，滑块（36）与导轨（37）相连，可通过导轨（37）做直线运动，导轨（37）固定在实验台架（6）上；

所述钢接头回转机构（4）固定在滑动支架（34）上，电机（41）通过固定板安装在滑动支架（34）上，电机（41）的输出轴链轮（42）安装在电机（41）输出轴上，链条（43）绕设在输出轴链轮（42）和传动轴链轮（44）上，传动轴链轮（44）连接传动轴（46），通过轴承座（45）固定在位于滑动支架（34）的固定板上，传动轴（46）连接扭矩传感器（47），再连接滑环固定管（48），滑环固定管（48）另一端连接变径接头（410），并通过轴承座安装在位于滑动支架（24）的安装板上，滑环（49）安装在滑环固定管（48）上，变径接头（410）一端连接滑环固定管（48），另一端连接钢接头（412），钢接头（412）下面设置有滚动支架（411），滚动支架（411）连接在滑动支架（24）上，滚动支架（411）可随钢接头（412）转动；

所述参数检测机构（5）的无纸记录仪（51）放置在实验台架（6）上的固定底板（16）上，参数检测机构（5）通过传感器把加热过程中的加热温度，钢接头温度，铝合金钻杆杆体（11）温度，冷却液流量，上扣转速，上扣扭矩这些关键参数采集到无纸记录仪（51）中，实时检测，钢接头（412）及铝合金钻杆杆体（11）上布置有温度传感器。

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